Trong kỷ nguyên hội nhập và phát triển bền vững, ngành dầu khí đang bước vào một giai đoạn đòi hỏi sự chuyển biến đột phá và quyết liệt trước những thách thức từ biến đổi khí hậu. Với phát thải chủ yếu phát sinh từ khâu thượng nguồn, ngành dầu khí không chỉ đứng trước áp lực giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường mà còn cần phải tái cấu trúc, chuyển đổi số để phù hợp với xu thế phát triển bền vững.
Chuyển đổi số, với sức mạnh của công nghệ thông tin, đã trở thành yếu tố then chốt trong công cuộc xanh hoá, thông qua việc cải tiến quy trình sản xuất, giảm thiểu phát thải và nâng cao hiệu quả năng lượng. Sự tích hợp của chuyển đổi số vào hoạt động thượng nguồn không chỉ là bước tiến trong việc xây dựng một ngành công nghiệp dầu khí xanh, mà còn là minh chứng cho cam kết mạnh mẽ hướng tới sự phát triển bền vững trên toàn cầu.
1. Tổng quan hiện trạng phát thải trong ngành dầu khí ở thượng nguồn
Nhóm phát thải thượng nguồn bao gồm các hoạt động khai thác và vận chuyển dầu khí thô trong ngành dầu khí, là một trong những nguồn phát thải khí nhà kính lớn nhất trên toàn cầu. Theo số liệu mới nhất từ Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), lượng khí mê-tan (CH4) do hoạt động khai thác dầu khí toàn cầu thải ra trong năm 2020 lên tới 70 triệu tấn, tương đương với khoảng 1,7 tỷ tấn khí CO2, chiếm khoảng 5% tổng lượng phát thải CO2 của ngành năng lượng toàn cầu.
Nguồn phát thải CH4 chính trong khai thác dầu khí ngoài khơi là từ hoạt động xả vent (68-79%), đốt đuốc thường xuyên (16%) và rò rỉ khí (6% đối với khai thác dầu và 32% đối với khai thác khí). Đối với hoạt động vận chuyển khí đốt qua đường ống, tỷ lệ phát thải CH4 do rò rỉ lên tới 65%, tương đương khoảng 4,5 triệu tấn CH4 mỗi năm.
Bên cạnh đó, ngành dầu khí thượng nguồn cũng thải ra khoảng 200 triệu tấn CO2 mỗi năm, chủ yếu từ hoạt động đốt nhiên liệu hóa thạch như dầu diesel hay khí đốt để vận hành máy phát điện tại các cơ sở khai thác và quá trình đốt đuốc khí thừa. Lượng phát thải CO2 này chiếm khoảng 6% tổng lượng phát thải của toàn ngành dầu khí và 0,6% lượng phát thải CO2 toàn cầu.
Có thể thấy, bên cạnh hoạt động đốt nhiên liệu hóa thạch, lượng phát thải và rò rỉ do sự cố thiết bị hỏng hóc tạo nên nguồn phát thải đáng kể từ các hoạt động thượng nguồn trong ngành dầu khí. Hơn nữa, hạn chế trong khai thác dữ liệu và quy trình làm việc chưa được số hóa dẫn đến nguy cơ gặp sự cố sẽ cao hơn. Vì vậy, doanh nghiệp trong ngành dầu khí có thể tìm kiếm các giải pháp số để giảm lượng khí thải trong các hoạt động thượng nguồn bằng cách phát hiện sớm các rò rỉ, giảm thiểu thời gian ngưng hoạt động của máy móc, nâng cao hiệu quả sản xuất và hiệu quả sử dụng năng lượng.
2. Xu hướng ứng dụng chuyển đổi số – CNTT để “xanh hoá” ngành dầu khí ở thượng nguồn
Trong bối cảnh tăng cường nỗ lực giảm thiểu tác động môi trường, ngành dầu và khí đang tìm kiếm những giải pháp công nghệ để tối ưu hóa hoạt động thượng nguồn. Dưới đây là top 5 công nghệ chính có tác động to lớn đến sự phát triển bền vững của ngành.
2.1. Internet vạn vật Công nghiệp (IIoT)
Sự tích hợp của Internet Vạn Vật Công Nghiệp (IIoT) vào ngành dầu khí mang lại những cơ hội đột phá. Cảm biến được triển khai trong cơ sở hạ tầng có khả năng thu thập dữ liệu thời gian thực, giúp phát hiện sớm các rò rỉ và giảm thiểu đến 90% khí thải metan bị rò rỉ. Đồng thời, dữ liệu từ cảm biến cũng hỗ trợ tối ưu hóa lưu lượng và áp suất, giảm 10% tiêu hao năng lượng trong quá trình vận chuyển.
2.2. Phân tích Dữ liệu Lớn và Học Máy (ML)
Phân tích Dữ liệu Lớn và Học Máy (ML) đã mở ra những cánh cửa mới trong ngành dầu khí bằng cách phân tích lượng lớn dữ liệu từ cảm biến và hoạt động, các hệ thống Bảo trì dự đoán bằng Học máy có thể giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động planedown lên tới 30%, đồng thời giảm lượng khí thải từ đốt cháy khí. Học máy cũng có thể tối ưu hóa quá trình khoan và sản xuất, giảm lượng năng lượng tiêu thụ trên mỗi thùng dầu khai thác.
2.3. Công nghệ bản sao kỹ thuật số (Digital Twin Technology)
Công nghệ bản sao kỹ thuật số (Digital Twin Technology) đã thay đổi cách ngành dầu khí quản lý và tối ưu hóa tài sản vật lý. Việc tạo ra các bản sao ảo cho phép tối ưu hóa vị trí giếng và chiến lược khoan, giảm thiểu khoan lỗ không cần thiết và giảm chi phí xây dựng giếng tới 10%, đồng thời cải thiện 5% hiệu suất sản xuất. Bằng cách mô phỏng các kịch bản sản xuất khác nhau, công nghệ này cũng giúp xác định các hoạt động hiệu quả và ít khí thải nhất.
2.4. Trí tuệ nhân tạo (AI) trong Tự động hóa
Sử dụng AI trong tự động hóa đã thúc đẩy sự tiến bộ trong ngành dầu khí, AI giảm thiểu nhu cầu di chuyển vật lý đến các địa điểm giếng khoan, giảm 20% khí thải giao thông. Ngoài ra, AI còn giúp điều chỉnh liên tục hoạt động để đạt hiệu quả tối đa và giảm tiêu hao năng lượng.
2.5. Điện toán đám mây và quản lý phân tích dữ liệu tập trung
Sự kết hợp giữa điện toán đám mây và quản lý phân tích dữ liệu tập trung đã tạo ra những cơ hội đột phá trong ngành dầu khí. Nền tảng đám mây cải thiện tính khả dụng và sự cộng tác, dẫn đến quyết định tốt hơn để giảm thiểu khí thải. Sức mạnh tính toán của đám mây cung cấp khả năng mô phỏng phức tạp và phân tích nâng cao, từ đó tối ưu hóa các hoạt động thượng nguồn.
Các xu hướng công nghệ hiện đại đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu phát thải thượng nguồn và thúc đẩy sự phát triển bền vững trong ngành dầu khí. Tuy nhiên, để tối ưu hóa hiệu quả đầu tư và đạt được mục tiêu giảm phát thải, doanh nghiệp cần đánh giá chi tiết dựa trên thực trạng hoạt động, nguồn lực và nhu cầu cụ thể của mình. Việc lựa chọn và triển khai các giải pháp công nghệ phù hợp sẽ giúp doanh nghiệp nâng cao hiệu quả hoạt động, giảm thiểu chi phí và góp phần bảo vệ môi trường.
3. Các bài học kinh nghiệm về ứng dụng công nghệ số để chuyển đổi xanh quá trình khai thác thượng nguồn trong ngành dầu khí
3.1. Shell tận dụng công nghệ AI và Cloud giảm phát thải từ khí tự nhiên hoá lỏng (LNG)
Tập đoàn năng lượng và hoá dầu toàn cầu Shell hoạt động trên hơn 70 quốc gia, liên tục sử dụng công nghệ tiên tiến và phương pháp tiếp cận sáng tạo để giúp xây dựng một tương lai năng lượng bền vững. Từ 2015, Shell đã đầu tư hơn 1 tỷ USD cho hoạt động nghiên cứu và phát triển công nghệ tập trung tạo điều kiện cho nhân sự với hơn 550 nhà khoa học và kỹ sư nghiên cứu cải tiến sản phẩm cùng với đội ngũ 94.000 nhân viên trên toàn cầu. Ngoài ra, Shell không ngừng đẩy mạnh chương trình hợp tác công nghệ với các nhà chế tạo thiết bị gốc.
Hướng đến cung cấp năng lượng một cách có trách nhiệm, tập đoàn Shell quyết tâm giảm thiểu khí nhà kính từ khí tự nhiên hóa lỏng nhờ việc ứng dụng kết hợp trí tuệ nhân tạo, điện toán đám mây và dữ liệu lớn. Tại một cơ sở nhà máy LNG, Shell tổng hợp dữ liệu thông tin hiện tại và lịch sử từ các cảm biến đo áp suất, nhiệt độ, tốc độ dòng chảy và đưa lượng dữ liệu khổng lồ này lên đám mây. Trí tuệ nhân tạo sau đó phân tích dữ liệu này để liên tục tinh chỉnh hiệu suất nhằm hạn chế phát thải CO2 tối đa.
Giải pháp mang tên “Real Time Process Optimizer” hay “Tối ưu hoá quá trình theo thời gian thực” đã cắt giảm 70% lượng khí thất thoát khi nhà máy hoạt động ở công suất tối đa, tương đương 130,000 tấn CO2 hằng năm. Sau thời gian thí điểm thành công, tập đoàn Shell thống nhất triển khai nhân rộng giải pháp trên toàn bộ cơ sở nhà máy LNG của mình với tham vọng làm giảm đáng kể khí thải carbon đến từ khí tự nhiên hoá lỏng.
3.2. Marathon Oil sử dụng máy bay không người lái để phát hiện rò rỉ khí metan
Marathon Oil Corporation là một tập đoàn Mỹ hoạt động trong lĩnh vực khai thác hydrocarbon từ năm 1887. Nhận thức được mối quan tâm của các bên liên quan đến các vấn đề môi trường, xã hội và quản trị, với tư cách là doanh nghiệp thăm dò dầu khí hàng đầu, Marathon Oil cam kết mang lại sự xuất sắc trong các chủ đề ESG, tập trung giảm cường độ phát thải khí nhà kính thông qua các sáng kiến như hiệu quả năng lượng và đa dạng hóa danh mục năng lượng.
Trong khuôn khổ chương trình giám sát khí thải và bảo trì thiết bị bắt đầu năm 2019, Marathon Oil sử dụng máy bay không người lái tích hợp camera và tia laser để phát hiện rò rỉ khí metan tại các giếng khoan. Các kỹ thuật viên điều khiển máy bay kiểm tra toàn bộ các giếng khoan trong nước hai năm một lần để định lượng lượng khí thải metan. Hình ảnh, cảnh quay và dữ liệu thu về được tự động xử lý và phân tích, cho phép các nhóm vận hành và bảo trì nhanh chóng phát hiện các điểm bất thường trong các giếng khoan, mang lại hiệu quả về mặt thời gian của nhân sự và giúp nhóm ưu tiên sửa chữa các chỗ rò rỉ có tiềm năng phát thải lớn nhất. Tính đến nay, cường độ phát thải khí metan đã giảm 20%, đánh dấu tỷ lệ phát thải thấp nhất kể từ năm 2014.
3.3. Cairn Vedanta ứng dụng phân tích dữ liệu để để đánh giá hiệu quả hoạt động của các giếng dầu
Cairn Vedanta là doanh nghiệp khai thác và thăm dò dầu khí lớn nhất tại Ấn Độ, điều hành hơn 850 giếng khoan và chiếm hơn 1/4 sản lượng dầu thô nội địa. Theo Cairn Vedanta, 35% giếng khoan gặp vấn đề trong việc đảm bảo chất lượng do tình trạng xói mòn và nguyên vật liệu kém chất lượng, dẫn đến thời gian ngưng hoạt động, hỏng thiết bị và thất thoát hydrocarbon, gây thiệt hại hàng triệu đô la.
Nhằm giám sát và kiểm soát việc sử dụng hóa chất kích thích, giảm thiểu ăn mòn đường ống, đảm bảo dòng chảy và tối ưu hóa giếng khoan, Cairn Vedanta triển khai hệ thống “Smart well integrity and flow assurance management system” hay “Hệ thống quản lý giếng thông minh” dựa trên cảm biến và trí tuệ nhân tạo có khả năng hiển thị liên tục về tài sản giếng, bao gồm hiệu suất, chi phí và tác động môi trường.
Giải pháp này cho phép Cairn Vedanta tích hợp tất cả các giếng dầu của mình vào một nền tảng duy nhất, hỗ trợ kỹ thuật viên quản lý vòng đời giếng và tinh chỉnh theo thời gian thực. Kết nối với môi trường xung quanh, Cairn Vedanta có thể dễ dàng giám sát tốc độ ăn mòn cũng như tác động từ việc sử dụng hoá chất trong giếng. Ngoài ra, hệ thống tự động cảnh báo khi các thông số giếng vượt quá giới hạn an toàn, giúp ngăn chặn tối đa khả năng tràn dầu, tiết kiệm hơn 1,2 triệu USD hằng năm chi phí khắc phục thất thoát không kiểm soát. Việc có được dữ liệu đã giúp Cairn Vedanta tạo ra một cơ sở dữ liệu giếng trung tâm toàn diện, giúp tối ưu hóa hoạt động bảo trì phòng ngừa và khắc phục, đồng thời tăng hiệu quả khai thác giếng lên 10%.
Có thể nói, chuyển đổi số không phải là giải pháp thần kỳ có thể giải quyết ngay lập tức mọi thách thức để phù hợp với các tiêu chuẩn môi trường trên toàn cầu đối với các hoạt động khai thác tại thượng nguồn trong ngành dầu khí. Tuy nhiên, những giải pháp công nghệ số trên đang mở ra hướng tiếp cận mới và khẳng định tầm quan trọng trong lộ trình giảm phát thải hướng tới những mục tiêu ESG của doanh nghiệp.
Hiện tại là thời điểm để các nhà lãnh đạo doanh nghiệp đưa ra quyết sách chiến lược mang tính lâu dài, biến cam kết bảo vệ môi trường từ những lời nói thành hành động cụ thể. Chúng ta cần những bước đi quyết liệt, những dự án mang tính đột phá, để chuyển đổi số không chỉ là một phần của chiến lược mà trở thành nền tảng vững chắc cho một tương lai xanh, sạch và thịnh vượng.
Reference:
- IEA. 2023. World Energy Outlook 2023. Emissions from Oil and Gas Operations in Net Zero Transitions.
- IPIECO. (n.d). Estimating petroleum industry value chain (Scope 3) greenhouse gas emissions
- Bentley. 2020. Cairn Implements Smart Well Integrity and Flow Assurance Management System.
- Marathon Oil. (n.d.). Emissions Management: Methane emissions reduction.
- World Economic Forum. (n.d.). Shell makes natural gas greener with AI and cloud.
